橡塑机械多功能人机界面研究

论文摘要

目前国内橡塑机械行业发展迅速,功能良好的人机界面可以改善橡塑机械的操作性能,提高生产效率,增强产品的市场竞争力。论文针对橡塑机械人机界面的功能需求,分析了系统软件和硬件应该具备的功能,提出了ARM9处理器S3C2410加嵌入式Linux的方案来实现课题的目标,并对本课题系统软、硬件的实现细节和关键技术进行了研究,最后以注压机为例进行了人机界面系统调试。本论文研究的橡塑机械多功能人机界面功能丰富,成本较低,系统维护更新方便,利于形成标准化的程序模块,可以作为通用的人机界面应用到类似的工作场合,具有很强的实用性。本论文共分六章。第一章,综合阐述了人机界面的概念和设计原则,介绍了当前工控领域中人机界面的先进技术和发展趋势以及在橡塑机械中应用情况;然后介绍了基于嵌入式操作系统和微处理器的嵌入式系统所具有的特点和优势;最后介绍本课题的来源及所要实现的目标,提出了基于ARM9 S3C2410处理器和嵌入式Linux的方案,以及解决该方案需要研究的问题和内容。第二章,详细叙述了橡塑机械多功能人机界面控制器的硬件实现细节。首先根据课题研究的目标,分析人机界面系统对硬件功能的要求,然后对本论文的硬件总体方案进行了详细说明,接着对各个硬件模块电路实现细节进行了介绍,最后介绍了课题在高速高频多层布板时,在信号完整性和抗干扰方面所做的工作。第三章,本章对橡塑机械多功能人机界面软件系统的整体框架进行了介绍,分析了嵌入式Linux系统软件开发所进行的工作。首先,分析了嵌入式Linux启动代码U-Boot的启动过程,介绍了U-Boot移植的流程;然后介绍了嵌入式Linux 2.6内核、CS8900A以太网芯片驱动程序以及可读写文件系统YAFFS的移植过程;最后介绍了Linux驱动程序的概念,并实现了蜂鸣器、按键、IIC接口EEPROM、CAN总线驱动程序的开发。第四章,首先分析了橡塑机械的工作流程,以及多功能人机界面应用软件需要实现的功能,然后对系统应用软件各个功能模块的实现进行了详细的叙述,包括Linux启动配置脚本的制作、基于Qt的图形用户界面应用程序的开发、嵌入式网页服务器Boa的移植以及Linux根文件系统的制作。第五章,介绍了论文在系统硬件和软件调试方面的工作,并通过与注压机控制器联机调试,对橡塑机械多功能人机界面进行了集成调试,检验了系统的性能。第六章,总结了本论文研究的内容,并对课题中需要进一步研究、完善的重点进行了一定的探讨、分析和展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 人机界面概述
• 1.1.1 人机界面设计概述
• 1.1.2 工业控制领域人机界面与发展趋势
• 1.1.3 人机界面产品在橡塑机械中的应用
• 1.2 嵌入式系统概述
• 1.2.1 嵌入式系统体系结构
• 1.2.2 嵌入式操作系统特点
• 1.2.3 嵌入式微处理器介绍
• 1.2.4 嵌入式操作系统介绍
• 1.3 课题的来源、目的和解决的方案
• 1.3.1 课题来源及所要实现的目标
• 1.3.2 整体方案的确定
• 1.3.3 课题需要解决的问题
• 第2章 橡塑机械多功能人机界面的硬件实现
• 2.1 橡塑机械多功能人机界面对硬件的要求
• 2.2 系统硬件平台的总体设计
• 2.3 各功能模块的硬件设计
• 2.3.1 ROM、RAM存储模块
• 2.3.2 LCD控制驱动模块
• 2.3.3 触摸屏模块
• 2.3.4 以太网接口模块
• 2.3.5 CAN总线模块
• 2.3.6 RS232/RS485通用异步串行通信电路
• 2.4 多层高速PCB布线电磁兼容性设计和抗干扰措施
• 第3章 橡塑机械多功能人机界面系统软件设计
• 3.1 启动代码分析与移植
• 3.1.1 启动代码概述
• 3.1.2 U-Boot概述
• 3.1.3 U-Boot的启动流程分析
• 3.1.4 U-Boot移植
• 3.2 嵌入式Linux内核裁减与移植
• 3.2.1 Linux体系结构
• 3.2.2 配置编译内核源码
• 3.2.3 基于ARM平台的嵌入式Linux移植
• 3.3 移植驱动程序
• 3.3.1 CS8900A驱动移植
• 3.3.2 YAFFS文件系统移植
• 3.4 嵌入式Linux内核驱动程序开发
• 3.4.1 Linux驱动程序
• 3.4.2 按键与LED灯驱动程序
• 3.4.3 PWM驱动蜂鸣器驱动程序
• 3.4.4 IIC接口EEPROM驱动程序
• 3.4.5 基于SPI接口的CAN总线驱动程序
• 第4章 人机界面应用程序开发和文件系统制作
• 4.1 人机界面控制系统应用软件开发
• 4.2 嵌入式Linux启动配置脚本
• 4.3 基于Qt的图形用户界面程序开发
• 4.4 嵌入式Web Server的研究与实现
• 4.4.1 Boa网络服务器的体系结构
• 4.4.2 Boa服务器工作流程
• 4.4.3 Boa网络服务器的移植
• 4.5 制作根文件系统
• 4.5.1 Linux根文件系统目录结构
• 4.5.2 基于Busybox的Linux根文件系统制作
• 4.5.3 文件系统启动流程分析
• 第5章 硬件调试与系统试验
• 5.1 系统硬件调试
• 5.1.1 最小系统调试
• 5.1.2 各功能模块的调试
• 5.2 系统软件调试
• 5.3 系统集成调试
• 5.3.1 系统在橡塑机械上的集成调试
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢